KR20000049013A - 내연기관의 흡입계통 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 한가지 흡입계통에 관한 것이다. 상기 흡입계통은 공기흡입구(10), 공기여과기(11), 주류덕트(12) 및 주류덕트로부터 내연기관실린더에 이르는 개별 덕트(13 내지 16)를 포함한다.
본 흡입계통은 적어도 한 개의 바이패스공진기(18)를 포함하며 이는 적어도 한 개의 목(20)과 한 개의 공진실(19)을 포함하는 데 길이 및 /또는 목(20)의 단면은 가변적이다.

Description

내연기관의 흡입계통{Intake system for an internal combustion engine}
DE OS 42 16 255에는 내연기기관의 흡입관이 공지되어 있다. 이러한 흡입관은 유입측에서 집합관과 연결되어 있는 다수의 개별 흡입관 으로 구성되어 있다. 흡입관은 일체형으로 되어 있으며 발포성형으로 제조한다. 2개의 개별 흡입관사이에는 바이패스공진기가 설치되어 있다. 이것은 짧은 관부분으로 되어 있는 데 일정한 주파수의 음파를 소멸시킨다. 관부분의 길이는 음파와 동조하며 λ/4이다. 또한 이러한 바이패스공진기를 공기여과기하우징의 정화공기실과도 연결할 수가 있다. 그러나 우선 가급적이면 음원에 가깝게 설치하는 것이 좋다. 도시되어 있는 바이패스공진기는 일정한 주파수 즉 요컨대 내연기관의 일정한 회전수에서 작용한다. 그런데 내연기관의 다양한 회전범위에서 장애가 되는 음파를 제거하려면 다수의 바이패스공진기를 설치하여 이것들을 이에 상당한 주파수와 맞추는 것도 고려할 수 있을 것이다. 하지만 이는 상당한 공간을 요한다.
본 발명은 주청구범위의 상위개념에 따르는 내연기관의 흡입계통에 관한 것이다.
본 발명은 내연기관의 흡기계통에 관한 것으로서 상기 흡입계통은 공기유입구(10), 공기여과기(1), 주류덕트(12)와 주류덕트로부터 내연기관기통에 이르는 개별 덕트(13내지 16)를 포함한다. 본 흡입계통은 적어도 한 개의 목(neck)(20)과 공진실(19)을 포함한 최소한 한 개의 바이패스공진기(分類共振器)를 포함하고 있으며 목(20)의 길이 및 /또는 단면은 가변적(可變的)이다.
도 1은 흡입계통의 원리도,
도 2 a - e는 다양한 주파수를 감안한 개폐위치를 가진 바이패스공진기,
도 3 a- e는 다양한 주파수를 감안한 걔폐위치와 연결되어 있는 회전판을 가진 바이패스공진기.
본 발명은 상기 단점을 방지하고 용적이 적거나 장소가 협소한 곳에서도 광범위한 주파수스펙트럼에 걸쳐서 효력을 발휘하는 바이패스공진기를 구비한 내연기관의 한가지 흡입계통을 창안하기 위한 과제를 기반으로 하고 있다.
본 과제는 주 청구범위의 상위 개념을 기반으로 본 특징에 의하여 해결이 된다. 본 발명의 주요한 장점이라면 주파수관련크기가 변화함으로서 연속 또는 불연속으로 바이패스공진기를 엔진회전수에 적응시켜 준다는 데 있다. 이러한 적응은 예컨대 일정한 관을 여닫는 게이트밸브나 또는 예컨대 무단으로 작용하는 교축과 같은 관의 단면변화를 위한 수단으로 행하여진다. 또한 텔레스코픽 형상으로 관의 길이를 변화시켜서도 가능하다.
본 발명의 한가지 형태에 따라 제안하는 바로는 또한 공진기용적을 변화시키자는 것이다. 이것은 예컨대 큰 체적을 복수개의 부분체적으로 나누어서 이러한 부분체적을 개폐시켜서 변화시킬 수 있다. 바이패스공진기크기는 간단한 방법으로 내연기관의 회전수 및 /또는 부하상태에 따라서 변경시킬 수가 있다. 추가로 부하상태를 확인하기 위하여 적당한 회전센서 또는 흡입관내 부압을 계측하기 위한 센서를 사용할 수도 있다.
바이패스공진기의 효율을 높이기 위하여서는 본 발명의 또 다른 형상을 제안하는 바이며 이는 주류관을 나누어 특히 저주파영역에서 한 부분 즉 주류관의 일부를 차단하는 것이다.
본 발명의 한가지 형상으로 감안한 것은 주류관으로부터 나온 제1목은- 바이패스공진기의 체적부위로 뻗어 있으며 제2목은 제1목의 복수배 단면을 가지고 동시에 주류관과 바이패스공진실과 연결되어 있다는 점이다. 적당한 게이트밸브로 다양한 주파수범위에 걸쳐서 양 목의 연결 또는 목연결만의 개폐가 가능하다.
개발형으로 제안하는 바로 협소한 단면을 가지면서 그러나 목에 대하여 2배 긴 길이를 가진 추가 목을 감안하는 것이다. 이 경우에도 게이트밸브를 구비하여 특히 50Hz의 낮은 주파수를 소멸시키는 데 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형상에서 제안하는 바로는 다수의 스로틀밸브를 한 개의 단일 축에 고정시키는 것이다. 이것의 장점은 스로틀밸브를 작동하기 위하여서는 한 개 또는 두 개의 액추에이터만이 필요하다는 것이다.
본 발명의 우수한 개발형의 이와 기타의 제 특징은 제 청구항외에도 명세서와 제 도면에서 유래하며 본 발명의 유형에서 개별 특징은 각기 단독 또는 여러 종속결합의 형태와 다른 분야에도 실시되며 동시에 여기에서 보호를 청구하는 보호가치가 있는 유형이 유리하게 설명되어 있다고 할 수 있다.
도 1에 따르는 흡입계통은 공기흡입구(10), 연이은 공기여과기(11), 주류관(12) 및 주류관에서 나와 내연기관(17)의 실린더에 이르는 개별관(13, 14, 15, 16)으로 구성되어 있다. 주류관에는 바이패스공진기(180)가 연결되어 있다. 이것은 공진실(19) 및 공진기목(20)으로 되어 있다. 상기와 같이 바이패스공진기는 조정되어 있는 주파수범위내에서 확실하게 작용한다. 따라서 이들은 장애가 되는 주파수 부분을 퇴치할 수 있는 유효한 수단이 된다. 그러기 위하여 이들은 헬무홀즈 공진-관계식에 의한 크기에 따라야 한다.
공진주파수 fres = 음전파속도 /2Pi * SQRT 목표면적/목길이/체적
예컨대 체적이 1,500 Cm3, 목직경이 2cm이며 목의 길이가 18cm일 때 공진주파수는 58Hz로 된다. 4기통 4행정엔진의 주류관(12)에 접속해서 바이패스공진기(18)는 회전수 n = 1,750 rpm인 때 엔진주파수의 2차 급수로 소멸작용을 한다. 목단면적: 주류/주류관단면적비가 크면 클수록 효율이 더 좋아진다. 목단면적을 키워서 효율을 향상시키려면 fres를 얻기 위하여 목의 길이나 체적 또는 양자를 키워야 한다. 이것은 구조상으로 보아 빈번히 불가능하다. 개선하기 위하여서는 주관을 좁게 만들 수도 있다. 그러나 이것은 엔진의 고출력영역에 문제가 된다.
주- 또는 주류관의 분절과 바이패스공진기를 적당히 연결함으로서 해결이 된다. 주공기부는 바이패스공진기가 작용하는 회전수범위내에서만 좁아진다. 고주파부분의 소멸을 위한 요구조건은 저속회전범위내에만 있으므로 이 범위내의 구동주관은 엔진토크의 손실없이도 단면을 줄일 수 있다. 그러기 위하여서는 주 - 또는 주류관(12)의 관류면적은 단면도 (21)에서처럼 3개부분으로 나누어져 있으며 이 중 2개 분절분은 게이트밸브에 의하여 닫힐 수 있다. 이와 같이 3개의 병렬채널이 생기는 데 이 때 두 개의 아래에 위치한 것들이 고주파소멸을 위한 바이패스공진기의 연결부 역할을 한다. 회전수가 3,000rpm이하로 떨어지면 좌측 채널부분의 게이트밸브(23)가 닫힌다. 게이트밸브는 이밖에도 바이패스공진기를 회전소요 주파수로 조절하기 위하여도 사용 가능하다. 분기관과 게이트밸브계에 의하여 각기 대응회전수에 이르러 유효한 여러 공진주파수의 조정이 가능하다.
도 2 a - e는 그의 시스템도로서 고주파조정에도 불구하고 체적이 1,500 cm3만을 요하는 바이패스공진의 구조를 제시하고 있다. 도 2는 중간부위, 주류관(12) 및 바이패스공진기(18)의 측면도, 좌측에는 단면 A에 따른 단면도를 도시하고 있다. 분절되어 있는 주류관(12)에는 회전게이트벨브(25)가 감안되어 있어서 채절부분(22) 및 선회게이트벨브(26)를 닫아 준다. 이것이 채널(23)을 닫는다. 채널부분(24)은 -단면 AA에서 도시되어 있는 바와 같이-열려 있다.
채널(23)로부터 공지기목(27)이 공진기실(19)에 이른다. 이러한 목은 여기에 도시되어 있는 위치에서 선회게이트밸브(28)로 닫혀 있다. 기타 공진기목(29)은 채널부(24)와 연결되어 있다. 이러한 공진기목은 공진기목(27)길이의 약 2배이다. 그의 하단부에는 선회게이트밸브(30)가 있어서 공진기목을 단축 또는 연장역활을 한다. 여기에 도시되어 있는 위치에서는 이것이 동시에 닫혀 있다.
주류관(12)의 분절부분밖에 또 다른 공진기목(31)이 있다. 이것은 회전게이트밸브(32)에 의하여 주류관(12)과 연결되어 있다. 이러한 회전게이트밸브는 여기에 도시되어 있는 전환위치에선 닫혀 있다. 공진기목(31)에 있는 또 다른 선회게이트밸브(33)는 동시에 닫혀 있다. 여기에 도시되어 있는 전환위치는 즉 저속회전범위의 40Hz범위의 주파수에 적당하다. 이와 관련하여 채널부분(24)은 전화공기를 내연기관으로 유입시켜주기 위하여 열려져 있다. 동시에 이러한 채널부는 공진목(29)과 연결되어 있다. 이에 따라서 극단의 낮은 변주주파수에 이르게 된다.
도 2는 한 전환위치를 도시하고 있으며 이에 따라서 바이패스공진기의 공진주파수는 큰 값을 가지고 60Hz의 범위에 있는 고회전수에 대응한다. 도 2a에 의한 전환위치에 반하여 선회게이트밸브(30)만이 열려 있다. 이에 따라서 당초에 긴 목이 단축되고 상기와 같이 공진기 주파수가 올라간다.
도 2c에서 한 전환위치에 이르며 약 80Hz에서 흡입소음완충작용을 한다. 선회게이트밸브가 열려진 외에 선회게이트밸브(28) 및 선회게이트밸브(26)도 열려 있다. 이에 따라서 주류관은 양 공진기목부(27 및 29)처럼 반쯤 열려 있다. 이러한 2개의 동일한 길이의 박관(薄管)들은 2중 단면적을 가진 관과 같은 역할을 한다.
도 2d는 이미 열려져 있는 게이트밸브에 인접하여 열려진 회전게이트밸브(25)를 도시하고 있으며 주류관의 분절부의 상부단면을 개방시켜준다. 또한 선회게이트밸브(32)가 열려져 있으며 이에 따라 공지기목(31)을 열어주고 여기에서 바이패스공진기실과 연결이 된다. 이러한 전환위치에서 공지주파수는 약 120Hz이다.
도 2e/에 제시되어 있는 전환위치에서 공진주파수는 165Hz이다. 이것은 4기통 4-행정엔진의 회전수가 5,300rpm인 경우와 일치한다. 모든 선회게이트밸브 또는 회전게이트밸브들이 열려져 있는 데 즉 이에 반하여 도 2d의 전환위치에서는 공진기목(31)의 단축작용을 하는 회전게이트밸브(33)만이 열려져 있다.
이러한 예의 결과로 보아 명백한 것은 엔진회전수범위에 걸쳐서 장애로 정해져 있는 개별음에 적합한 다수의 소멸부주파수의 설정이 가능하다는 점이다. 이러한 방법으로 효과적인 완충을 고정용적으로만이 확실하다는 것이다. 분기관으로 전환측 내연기관의 개별실린더헤드에 근접할수록 소멸효과가 보다 크다. 따라서 도 1과 같이 바이패스공진기를 여과기의 정화공기측에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 따라서 소음완충이 고도의 에너지레벨로 이루어지며 다음의 부품들이 부하를 작게 받는다. 이는 충격을 받는 부품의 벽반사가 감소되는 것으로 유추 할 수가 있다.
도 2에는 5개 주파수단계의 전환에 필요한 6개의 개별조절기구가 도시되어 있다.
도 3a - e 에 따라서 이러한 개별조정기구를 최종 2개의 제어모터로 제어할 수 있게 된다. 2개의 제어모터나 또는 조정요소로 줄이는 문제는 각기 2개의 게이트기능을 맡는 로타리슬라이더(rotaryslider)를 사용하면 된다.
이밖에도 3개의 전환위치를 취할 수 있을 정도로 2개의 기능이 보강된 로타리스슬라이더를 한 축에 설치함으로서 이루어진다. 따라서 한 개의 제어모터로 4가지 개별기능을 제공할 수 있게 된다. 나머지 2가지 기능들은 서로가 제2의 제어모터를 요하는 2개의 축상 게이트밸브에 의하여 이루어진다. 여기에서도 3개 전환우치가 취해진다.
도 3a - e는 이에 대한 원리를 도시하고 있다. 각도는 5개 전환위치중의 한가지를 도시하고 있다. 주류관 또는 주류관(12)은 3개의 채널부문을 가지고 있다. 한 채널부분(34)은 일반적으로 열려져 있으며 주류관은 중간부에서 지면에 대하여 수직으로 뻗어 있다.
작은 채널부분(36)은 한 개 로타리슬라이더(35)를 가지고 있다.
큰 채널부분(37)은 로타리슬라이더(38)를 가지고 있으며 양 채널부분(35,37)은 각기 하나의 공진기목(39, 40)과 연결되어 있다. 채널부분(34)은 공진기목과 보다 좁은 단면을 이루고 있으나 공진기목(41)으로 길이가 보다 길게 연결되어 있다. 주파수범위가 40Hz로 설정되어 있는 여기에 제시되어 있는 전환위치에서는 주류관의 채널부분(34)만이 열려져 있는 상태로 되어 있다. 채널(36 및 37)은 각각 로타라슬라이더(38,35)에 의하여 닫혀 있다. 양 로타리슬라이더(38,35)는 공유축(42)상에 설치되어 있다. 공진기목(41)과 공진기목(40)에는 각기 선회게이크밸브(43, 44)가 들어 있다. 이러한 2개의 선회게이트밸브도 공유축(45)상에 고정되어 있다.
추가 도면 3b ~ 3e에는 다른 4개의 전환위치가 도시되어 있다.
전단계 제주파수대 축(2) 로타리슬라이더(35) 로타리슬라이더(38) 축(45) 선회게이트밸브(44) 선회게이트밸브(43) 도
1 40 위치 0。 폐 폐 위치 0。 폐 폐2 58 위치 0。 폐 폐 위치 80。 폐 개3 82 위치 60。 폐 폐 위치 80。 폐 개4 116 위치 120。 개 개 위치 80。 폐 개5 116 위치 120。 개 개 위치 160。 개 개
용적이 적거나 장소가 협소한 곳에서도 광범위한 주파수 스펙트럼에 걸쳐서 효력을 발휘하는 내연기관의 흡입계통에 적용 가능하다.

Claims (8)

  1. 내연기관의 흡입계통이 공기흡입구, 공기여과기, 주류관 및 특히 주류관으로부터 나온 내연기관의 실린더에 이르는 개별 관들로 구성되며 적어도 한 바이패스공진기가 설치되어 있으며 내연기관의 흡입계통에 있어서,
    이것은 적어도 한 개의 목(20)과 한 개의 공진실(19)로 구성되어 있으며 길이 및 /또는 목(20)의 단면은 가변적인 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  2. 청구항 1에 따르는 흡입계통에 있어서,
    공진실(19)은 가변적인 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  3. 청구항 1 또는 2에 따르는 흡입계통에 있어서,
    변동은 내연기관의 회전수 및 /또는 부하상태의 회전수에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡입계통
  4. 청구항 1에 따르는 흡입계통에 있어서,
    주류관(12)은 분활부분을 가지며 그 부분들(22,23)은 각각 마개(25,26)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  5. 상기 제청구항중의 어느 한 항에 따르는 흡입계통에 있어서,
    길이- 및 /또는 단면변화를 위하여 조절캡(30, 33)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  6. 상기 제청구항중의 어느 한 항에 따르는 흡입계통에 있어서,
    주류관(12)으로부터 출발하여 제1목(27)이 바이패스공진기(18)의 공진실영역에 뻗어 있으며 제1목(27)단면의 여러배인 제 2목(31)은 동시에 바이패스공진기(18)의 공진실(19)에 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  7. 청구항 6에 따르는 흡입계통에 있어서,
    또 다른 목(29)은 제1목(27)과 일치하는 단면과 2배의 길이로 바이패스공진기(18)의 공진실로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 흡입계통.
  8. 상기 제 청구항중의 어느 한 항에 있어서,
    2개의 조절캡(35,37)을 가진 주류관(12) 및 적어도 2개의 조절캡(43, 44)을 가진 목부관으로 되어 있으며 주류관(12)의 조절캡(35, 37)은 하나의 유일한 축(42)에 의하여 조작되며 유일한 목부관 (40, 41)의 조절캡(43, 44)들은 유일축(45)과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 흡입계통.
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